CN102344986A - 转炉炼钢终点控制的方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种转炉炼钢终点控制的方法、装置和系统，用以解决现有副枪技术探头消耗大，适用性差的问题。该方法包括：脱碳氧效率值小于预定值时，计算熔池碳含量和熔池温度与熔池目标碳含量和熔池目标温度进行比较；根据比较结果，计算后续吹炼所需的吹氧量和冷却剂添加量或增碳剂添加量并据此控制吹氧和加料操作；重复计算熔池碳含量和熔池温度，当满足目标碳含量和目标温度要求时，发出停止冶炼的指令。采用本发明的技术方案，有助于避免使用造价高、消耗大的副枪设备，同时保证了冶炼终点的高命中率。

Description

转炉炼钢终点控制的方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及一种转炉炼钢终点控制的方法、装置和系统。

背景技术

转炉炼钢是目前主要的炼钢方式，其产钢量占总产钢量的60％以上，提高转炉炼钢的控制水平一直受到人们的重视，目前常用的转炉终点控制技术有副枪法和静态模型计算法，过程控制技术有声纳化渣技术。

静态模型计算法根据目标钢种的要求和原料的初始信息，确定冶炼方案和辅料加入量，但是由于冶炼过程中存在不确定性，终点命中率一般小于60％。

副枪法在接近冶炼终点时，使用副枪探头测定测量熔池温度和熔池碳含量，调整加料操作，大大提高了冶炼终点命中率，但是副枪设备价格昂贵，且只能适合于120t以上的转炉，同时探头消耗巨大。

声纳化渣技术是根据顶吹超音速氧枪产生的噪音在炉渣中传播，随着炉渣厚度增加，噪音强度降低。当音频强度曲线走势接近或达到喷溅、返干预警线时，操作工采取相应措施，防止喷溅、返干的发生。这种方法容易受转炉烟罩下降及炉口积渣的影响，限制了其控制效果。

在现有技术中静态模型计算法终点命中率过低，副枪法探头消耗大、经济性差，不能适合120吨以下的转炉冶炼，声纳化渣技术仅仅适用于过程控制。因此，建立一种经济性好，终点命中率高，且兼具过程控制能力的的终点控制系统，对于提高转炉冶炼自动化水平具有重大意义。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种转炉炼钢终点控制的方法、装置和系统，以解决现有技术中的探头消耗大，适用性差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种转炉炼钢终点控制的方法，该方法包括：

脱碳氧效率值小于预定值时，计算熔池碳含量和熔池温度，将熔池碳含量和熔池温度与预先确定的熔池目标碳含量和熔池目标温度进行比较；

根据比较结果，计算后续冶炼需要的吹氧量以及冷却剂或增碳剂添加量；

按照后续冶炼需要的吹氧量以及冷却剂或增碳剂添加量，控制吹氧和加料操作；

重复计算熔池碳含量和熔池温度，重复计算得出的熔池碳含量和熔池温度与预先确定的熔池目标碳含量和熔池目标温度一致时，发出停止冶炼的指令。

进一步地，脱碳氧效率值小于预定值包括：脱碳氧效率值小于最大脱碳氧效率值的0.94倍至0.97倍。

进一步地，计算熔池碳含量和熔池温度的步骤之前还包括：根据目标钢种要求确定熔池目标碳含量和熔池目标温度；根据目标钢种要求和原料成分及原料温度，确定初始冶炼方案，并执行初始冶炼方案。

进一步地，执行初始冶炼方案的步骤中，还包括：根据实时监测的转炉中的炉气中各成分的浓度、炉气流量、转炉吹氧量、和加料量，基于转炉物料平衡和热量平衡来计算熔池实时成分含量和熔池实时温度并进行输出。根据炉气中各成分的浓度、炉气流量、以及转炉吹氧量来计算脱碳氧效率值；根据炉气中各成分的浓度、炉气流量、转炉吹氧量、以及加料量来计算炉渣氧势。

进一步地，执行初始冶炼方案的步骤中，还包括：根据脱碳氧效率值以及脱碳氧效率值的变化率，输出喷溅预报信息或返干预报信息；根据喷溅预报信息或返干预报信息控制吹氧操作。

进一步地，执行初始冶炼方案的步骤中，按照转炉吹氧量从炉渣氧势和总吹氧量数据关系图中查询炉渣氧势允许范围，并将通过查询得到的炉渣氧势允许范围与计算得出的炉渣氧势进行比较，根据比较结果输出喷溅预报信息或返干预报信息；根据喷溅预报信息或返干预报信息控制吹氧操作。

进一步地，计算熔池碳含量和熔池温度包括：按照渣-金分配公式计算锰和磷在炉渣和熔池中的含量；根据锰和磷在炉渣和熔池中的含量以及炉渣氧势计算铁氧化量；根据锰和磷在炉渣和熔池中的含量、铁氧化量、以及熔池碳含量，计算熔池温度。

根据本发明的另一个方面，提供了一种转炉炼钢终点控制的装置，该装置包括：

计算模块，用于脱碳氧效率值小于预定值时，计算熔池碳含量和熔池温度，将熔池碳含量和熔池温度与预先确定的熔池目标碳含量和熔池目标温度进行比较；修正模块，用于根据比较结果，计算后续冶炼需要的吹氧量以及冷却剂或增碳剂添加量，按照后续冶炼需要的吹氧量以及冷却剂或增碳剂添加量，控制吹氧和加料操作；终点确认模块，用于重复计算熔池碳含量和熔池温度，熔池碳含量和熔池温度与预先确定的熔池目标碳含量和熔池目标温度一致时，发出停止冶炼的指令。

进一步地，该装置还包括方案确定模块，用于根据目标钢种要求确定熔池目标碳含量和熔池目标温度，根据目标钢种要求、原料成分及原料温度确定初始冶炼方案；方案执行模块，用于执行初始冶炼方案。

进一步地，方案执行模块包括实时计算模块，用于根据实时监测的转炉中的炉气中各成分的浓度、炉气流量、转炉吹氧量、和加料量，基于转炉物料平衡和热量平衡来计算熔池实时成分含量和熔池实时温度并进行输出。脱碳氧效率计算模块，用于根据炉气中各成分的浓度、炉气流量、转炉吹氧量来计算脱碳氧效率值；炉渣氧势计算模块，用于根据炉气中各成分的浓度、炉气流量、转炉吹氧量、以及加料量来计算炉渣氧势。

进一步地，脱碳氧效率计算模块还用于：根据脱碳氧效率值以及脱碳氧效率值的变化率，输出喷溅预报信息或返干预报信息；根据喷溅预报信息或返干预报信息控制吹氧操作。

进一步地，炉渣氧势计算模块还用于：按照转炉吹氧量从炉渣氧势和总吹氧量数据关系图中查询炉渣氧势允许范围，并将通过查询得到的炉渣氧势允许范围与计算得出的炉渣氧势进行比较，根据比较结果输出喷溅预报信息或返干预报信息；根据喷溅预报信息或返干预报信息控制吹氧操作。

进一步地，该控制装置还包括锰磷铁计算模块，用于冶炼后期按照渣-金分配公式计算锰和磷在炉渣和熔池中的含量，根据锰和磷在炉渣和熔池中的含量以及炉渣氧势计算铁氧化量；计算模块还用于根据锰和磷在炉渣和熔池中的含量、铁氧化量、以及熔池碳含量，计算熔池温度。

根据本发明的另一个方面，提供了一种转炉炼钢终点控制的系统，该系统包括：

工业控制计算机，用于计算脱碳氧效率值，并在脱碳氧效率值小于预定值时计算熔池碳含量和熔池温度，将熔池碳含量和熔池温度与预先确定的熔池目标碳含量和熔池目标温度进行比较；根据比较结果，计算后续冶炼需要的吹氧量以及冷却剂或增碳剂添加量；重复计算熔池碳含量和熔池温度，当熔池碳含量和熔池温度与预先确定的熔池目标碳含量和熔池目标温度一致时，发出停止冶炼的指令；

转炉控制系统，包括转炉系统控制器、加料系统、和氧枪系统，其中转炉系统控制器连接工业控制计算机、加料系统、和氧枪系统，用于控制加料系统根据工业控制计算机确定的冷却剂或增碳剂添加量来添加冷却剂或增碳剂，控制氧枪系统根据的工业控制计算机确定的后续冶炼需要的吹氧量来控制吹氧操作。

进一步地，该控制系统还包括气体分析控制系统，用于检测炉气中各成分的浓度以及炉气流量；气体分析控制系统包括：炉气浓度分析装置、炉气流量检测计、以及炉气分析控制器，其中，炉气浓度分析装置，用于检测炉气中各成分的浓度；炉气分析控制器连接炉气浓度分析装置、炉气流量检测计、以及工业控制计算机，用于将检测到的炉气中各成分的浓度和炉气流量传送给工业控制计算机。

进一步地，炉气浓度分析装置包括：取样探头，安装在一文前的转炉烟道转弯处，用于对炉气进行初步除尘；气体预处理装置，用于对炉气进行预处理；质谱仪，用于测定炉气中各成分的浓度。

进一步地，氧枪系统包括氧枪控制装置和氧枪，其中氧枪控制装置用于控制氧枪进行吹氧操作，并检测转炉吹氧量；加料系统中还包括用于检测加料量的部件；转炉系统控制器包括数据获取装置、数据收发装置、和控制装置，数据获取装置用于获取转炉吹氧量和加料量，数据收发装置用于将转炉吹氧量和加料量传送给工业控制计算机，控制装置用于向氧枪控制装置和加料系统发送控制指令。

进一步地，工业控制计算机中具有计算装置和输出装置，其中，计算装置，用于根据炉气中各成分的浓度、炉气流量、和转炉吹氧量计算转炉脱碳氧效率和转炉脱碳氧效率变化率；输出装置，用于根据转炉脱碳氧效率和转炉脱碳氧效率变化率输出喷溅预报信息或返干预报信息；转炉系统控制器的数据收发装置中包含用于接收喷溅预报信息或返干预报信息的部件，转炉系统控制器的控制装置中包含用于根据喷溅预报信息或返干预报信息向氧枪控制装置下发吹氧控制指令的部件。

进一步地，该控制系统还包括炉气分析数据库系统，连接工业控制计算机，用于保存炉渣氧势和总吹氧量数据关系图；工业控制计算机中具有计算装置和输出装置，其中，计算装置，用于根据炉气中各成分的浓度、炉气流量、转炉吹氧量、和加料量计算炉渣氧势；输出装置，用于按照转炉吹氧量信息从炉渣氧势和总吹氧量数据关系图中查询炉渣氧势允许范围，并将通过查询得到的炉渣氧势允许范围与计算得出的炉渣氧势进行比较，根据比较结果输出喷溅预报信息或返干预报信息；转炉系统控制器的数据收发装置中包含用于接收喷溅预报信息或返干预报信息的部件；转炉系统控制器的控制装置中包含用于根据喷溅预报信息或返干预报信息向氧枪控制装置下发吹氧控制指令的部件。

进一步地，工业控制计算机还包括实时计算装置和实时输出装置，其中，实时计算装置用于根据炉气中各成分的浓度、炉气流量、转炉吹氧量、和加料量，基于转炉物料平衡和热量平衡来计算熔池实时成分含量和熔池实时温度；实时输出装置用于实时输出熔池实时成分含量和熔池实时温度。

根据本发明的技术方案，计算得出熔池碳含量和熔池温度，而不是直接通过副枪探头直接测定冶炼后期的碳含量和熔池温度，避免使用造价高，过程消耗大的副枪设备，同时保证了冶炼终点的高命中率。而且根据炉气成分信息、炉气流量信息、以及转炉吹氧量信息计算转炉脱碳氧效率和转炉脱碳氧效率变化率或者炉渣氧势来预报喷溅、返干的异常炉况，实现了过程控制，提高了冶炼过程的稳定性，减少了冶炼过程中的不确定因素，也从另一方面提高了终点控制的控制精度。

附图说明

说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的转炉炼钢终点控制的方法的示意图；

图2是根据本发明实施例的炉渣氧势和总吹氧量数据关系图；

图3是根据本发明实施例的转炉炼钢终点控制的方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的转炉炼钢终点控制的装置的主要组成模块示意图；

图5是根据本发明实施例的转炉炼钢终点控制的系统的示意图；

图6是根据本发明实施例的转炉炼钢终点控制的系统中工业控制计算机的第一种结构示意图；

图7是根据本发明实施例的转炉炼钢终点控制的系统中工业控制计算机的第二种结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是根据本发明实施例的转炉炼钢终点控制的方法的示意图，如图1所示，该方法主要包括如下步骤：

步骤S11：脱碳氧效率值小于预定值时，计算熔池碳含量和熔池温度，将熔池碳含量和熔池温度与预先确定的熔池目标碳含量和熔池目标温度进行比较；

步骤S13：根据比较结果，计算后续冶炼需要的吹氧量以及冷却剂或增碳剂添加量；按照后续冶炼需要的吹氧量以及冷却剂或增碳剂添加量，控制吹氧和加料操作；

步骤S15：重复计算熔池碳含量和熔池温度，判断重复计算得出的熔池碳含量和熔池温度与预先确定的熔池目标碳含量和熔池目标温度是否一致，不一致时重复该步骤S15；

步骤S17：计算得出的熔池碳含量和熔池温度与预先确定的熔池目标碳含量和熔池目标温度一致时，发出停止冶炼的指令。

步骤S11中脱碳氧效率值小于预定值时的条件中，预定值可以按照转炉的情况进行设定，一般取值为最大脱碳氧效率值的0.94倍至0.97倍；

步骤S11之前还可以包括根据目标钢种要求确定熔池目标碳含量和熔池目标温度；根据目标钢种要求和原料成分及原料温度，确定初始冶炼方案，并执行初始冶炼方案。其中，原料成分及原料温度包括：铁水成分及温度、废钢成分及温度、辅料成分及温度，初始冶炼方案包括：配料方案、吹氧制度和造渣制度。目标钢种的要求决定了熔池目标碳含量和熔池目标温度。

步骤S13还可以根据实时监测的转炉中的炉气中各成分的浓度、炉气流量、转炉吹氧量、和加料量，基于转炉物料平衡和热量平衡来计算熔池实时成分含量和熔池实时温度并进行输出。根据炉气中各成分的浓度、炉气流量、转炉吹氧量来计算脱碳氧效率值；根据炉气中各成分的浓度、炉气流量、转炉吹氧量、以及加料量来计算炉渣氧势。其中：

炉渣氧势、熔池碳含量、熔池硅含量、熔池锰含量和熔池磷含量的计算基于炉气中各成分的浓度、炉气流量，根据瞬时物料平衡进行计算，以碳含量计算为例：

熔池含碳量C_m＝C_t/W_m，

其中C_t为当前熔池含碳量，单位为kg；C_m为熔池含碳量，单位为kg；W_m为熔池重量，单位为kg；C_t的计算公式为：

$C_t=C_i-{\∫}_t\left(\frac{\mathrm{dC}}{\mathrm{dt}}\right)\·\mathrm{dt},$

在上式中，C_i为入炉碳含量，单位为kg；

为从冶炼开始到当前时刻脱出的碳，单位为kg；

为脱碳速率，单位为kg，可根据炉气信息和加料信息进行计算，计算公式为：

其中(Q_F)_t为t时刻的炉气流量，单位为Nm³/s；

为t时刻炉气中CO、CO₂体积分数。

熔池温度根据瞬时热量平衡进行计算：

(dQ_shuru)_t＝(dQ_shuchu)_t，在公式中(dQ_shuru)_t为t时刻瞬时输入热量，单位为J，(dQ_shuchu)_t为时刻瞬时输出热量，单位为J。

脱碳氧效率值的计算可以为：

获取炉气成分中CO和CO₂的含量、以及转炉吹氧量；根据CO和CO₂的含量以及转炉吹氧量计算转炉脱碳氧效率和脱碳氧效率变化率；根据脱碳氧效率和脱碳氧效率变化率，输出喷溅、返干异常炉况的预报信息；根据预报信息控制吹氧操作。获取炉气成分中CO和CO₂的含量包括检测炉气中CO、CO₂的体积分数以及炉气流量；根据体积分数和炉气流量得出炉气成分中CO和CO₂的含量。

脱碳氧效率(R)的具体计算方法为：在式中(dC)_t为t时刻单位时间脱碳量，其数值等于单位时间内炉气中CO、CO₂的含碳量，单位为kg，(dO₂)_t为t时刻单位时间供氧量，单位为Nm³；进而，脱碳氧效率(R)的变化率为

炉渣氧势(O_s)指积累在炉渣中除去以SiO₂形式存在的氧以外的氧，因为以SiO₂形式存在的氧非常稳定，不再参与氧化反应。炉渣氧势值的计算公式为：炉渣氧势＝转炉吹氧量+辅料分解产生的氧量-硅氧化的耗氧量-碳氧化耗氧量，式中辅料分解产生的氧量、硅氧化的耗氧量、以及碳氧化的耗氧量均可以从CO和CO₂的含量和加料量中直接得出。

步骤S11之前执行初始方案的步骤中，还可以包括基于炉气分析对转炉冶炼过程进行控制，过程控制包括两种方式：

方式一为根据脱碳氧效率值以及脱碳氧效率值的变化率，输出喷溅预报信息或返干预报信息；根据喷溅预报信息或返干预报信息控制吹氧操作。具体可以为：

当脱碳氧效率小于第一预设值，且脱碳氧效率变化率小于第二预设值时，输出喷溅预报信息；当脱碳氧效率大于第三预设值，且脱碳氧效率变化率大于第四预设值时，输出返干预报信息。其中第一预设值、第二预设值、第三预设值、第四预设值是根据转炉实际冶炼情况，对脱碳氧效率及其变化率对应的炉况正常范围设定的预设值。以150t转炉为例，第一预设值为0.55，第二预设值为-0.0032，当脱碳氧效率小于0.55，且脱碳氧效率变化率小于-0.0032时，输出喷溅预报信息；第三预设值为0.68，第四预设值为0.0036，当脱碳氧效率大于0.68，且脱碳氧效率变化率大于0.0036时，输出返干预报信息。

方式二为按照转炉吹氧量从炉渣氧势和总吹氧量数据关系图中查询炉渣氧势允许范围，并将通过查询得到的炉渣氧势允许范围与计算得出的炉渣氧势进行比较，根据比较结果输出喷溅预报信息或返干预报信息；根据喷溅预报信息或返干预报信息控制吹氧操作。图2是根据本发明实施例的炉渣氧势和总吹氧量数据关系图，如图2所示，在炉渣氧势允许范围内，转炉炼钢过程稳定，无异常炉况发生，炉渣氧势高于炉渣氧势允许范围的上限，转炉发生喷溅情况，炉渣氧势低于炉渣氧势允许范围的下限，转炉发生返干情况。根据该关系图，就可以在吹氧量确定的情况下，得到转炉正常炉况的炉渣氧势的允许范围，当实际炉渣氧势超出允许范围时，输出喷溅、返干异常炉况的预报信息并根据该信息进行相应控制操作。计算的炉渣氧势等于或者大于炉渣氧势允许范围的上限时，输出喷溅的预报信息；计算的炉渣氧势等于或者小于炉渣氧势允许范围的下限时，输出返干的预报信息。根据输出的喷溅预报信息，降低氧枪枪位以减少炉渣氧势；根据输出的返干预报信息，提高氧枪枪位以增加炉渣氧势。

在步骤S11中熔池含碳量的计算可以基于指数方法。冶炼后期熔池脱碳碳氧效率与熔池碳含量满足公式：

$\frac{{\left(\mathrm{dC}\right)}_t}{{\left({\mathrm{dO}}_2\right)}_t}={\left(\frac{\mathrm{dC}}{{\mathrm{dO}}_2}\right)}_{\max }(1-e^{-\mathrm{\γ}(C_m-C_o)}),$ 在公式中，

为当前脱碳氧效率，单位为kg/Nm³，

为熔池最大脱碳氧效率，单位为kg/Nm³，γ为常数，C₀为熔池极限碳含量，一般取0.02％，C_m为熔池含碳量。

冶炼后期，锰、磷在渣-金间的分配趋于平衡，根据渣-金间分配公式可以计算锰、磷在炉渣和熔池中的含量。根据锰和磷在炉渣和熔池中的含量以及炉渣氧势计算得出铁氧化量；根据锰和磷在炉渣和熔池中的含量、铁氧化量、以及熔池碳含量，来计算熔池温度。具体可以为：

根据计算的熔池碳含量、铁的氧化量和锰、磷含量，基于热量平衡，对熔池温度进行计算：(Q_shuru)_t＝(Q_shuchu)_t，式中(Q_shuru)_t为截至t时刻总输入热量，单位为J，(Q_shuchu)_t为截至t时刻总输出热量，单位为J，其中包括碳、锰、磷、铁氧化发出的热量。将计算得出的熔池碳含量和熔池温度与预先确定的熔池目标碳含量和熔池目标温度进行比较，从而进行后续的步骤。

图3是根据本发明实施例的转炉炼钢终点控制的方法的流程图，如图3所示：

首先根据目标钢种要求确定熔池目标碳含量和熔池目标温度；根据目标钢种要求和原料成分及原料温度，确定初始冶炼方案；

执行初始冶炼方案进行冶炼；

冶炼过程中计算炉渣氧势和脱碳氧效率，根据炉渣氧势或脱碳氧效率，输出喷溅预报信息或返干预报信息，根据预报信息控制吹氧操作。并且根据转炉物料平衡和热量平衡的原理，基于实时监测的转炉炉气成分信息、炉气流量信息、转炉吹氧量信息、和加料信息计算炉中熔池成分含量和熔池温度并进行输出。

当熔池脱碳氧效率值小于预定值后，

基于指数方法计算熔池碳含量，基于热量平衡计算熔池温度，将计算得出的熔池碳含量和熔池温度与目标碳含量和目标温度进行比较；根据比较结果计算后续吹炼所需的吹氧量和冷却剂添加量或增碳剂添加量；

重复计算熔池碳含量和熔池温度，当熔池温度和碳含量满足目标碳含量和目标温度的控制要求时，结束冶炼过程。

图4是根据本发明实施例的转炉炼钢终点控制的装置的主要组成模块示意图，如图4所示：该装置30主要包括：

计算模块31用于脱碳氧效率值小于预定值时，计算熔池碳含量和熔池温度，将熔池碳含量和熔池温度与预先确定的熔池目标碳含量和熔池目标温度进行比较；修正模块32，用于根据比较结果，计算后续冶炼需要的吹氧量以及冷却剂或增碳剂添加量，按照后续冶炼需要的吹氧量以及冷却剂或增碳剂添加量，控制吹氧和加料操作；终点确认模块35，用于重复计算熔池碳含量和熔池温度，熔池碳含量和熔池温度与预先确定的熔池目标碳含量和熔池目标温度一致时，发出停止冶炼的指令。

该转炉炼钢终点控制的装置还可以包括方案确定模块33，用于根据目标钢种要求确定熔池目标碳含量和熔池目标温度，根据目标钢种要求、原料成分及原料温度确定初始冶炼方案；方案执行模块34，用于执行初始冶炼方案。

方案执行模块33还可以包括实时计算模块，用于根据实时监测的转炉中的炉气中各成分的浓度、炉气流量、转炉吹氧量、和加料量，基于转炉物料平衡和热量平衡来计算熔池实时成分含量和熔池实时温度并进行输出；脱碳氧效率计算模块，用于根据炉气中各成分的浓度、炉气流量、转炉吹氧量来计算脱碳氧效率值；炉渣氧势计算模块，用于根据炉气中各成分的浓度、炉气流量、转炉吹氧量、以及加料量来计算炉渣氧势。

方案执行模块33还可以用于转炉冶炼的过程控制。过程控制存在两种方式：

方式一为脱碳氧效率计算模块根据脱碳氧效率值以及脱碳氧效率值的变化率，输出喷溅预报信息或返干预报信息；根据喷溅预报信息或返干预报信息控制吹氧操作。

方式二为炉渣氧势计算模块按照转炉吹氧量从炉渣氧势和总吹氧量数据关系图中查询炉渣氧势允许范围，并将通过查询得到的炉渣氧势允许范围与计算得出的炉渣氧势进行比较，根据比较结果输出喷溅预报信息或返干预报信息；根据喷溅预报信息或返干预报信息控制吹氧操作。

该装置还可以包括锰磷铁计算模块36，用于按照渣-金分配公式计算锰和磷在炉渣和熔池中的含量；计算模块31还可以用于根据炉渣氧势，锰和磷在炉渣中的含量，计算铁氧化量，再结合熔池碳含量基于热量平衡原理计算熔池温度。

图5是根据本发明实施例的转炉炼钢终点控制的系统的示意图，如图5所示：该系统主要包括：

该转炉炼钢终点控制的系统包括工业控制计算机50和转炉控制系统54，其中，工业控制计算机50，用于计算脱碳氧效率值，并在脱碳氧效率值小于预定值时计算熔池碳含量和熔池温度，将熔池碳含量和熔池温度与预先确定的熔池目标碳含量和熔池目标温度进行比较；根据比较结果，计算后续冶炼需要的吹氧量以及冷却剂或增碳剂添加量；重复计算熔池碳含量和熔池温度，当熔池碳含量和熔池温度与预先确定的熔池目标碳含量和熔池目标温度一致时，发出停止冶炼的指令；转炉控制系统54，包括转炉系统控制器541、加料系统545、和氧枪系统543，其中转炉系统控制器541连接工业控制计算机50、加料系统545、和氧枪系统543，用于控制加料系统545根据工业控制计算机50确定的冷却剂量/或增碳剂量来添加冷却剂或增碳剂。控制氧枪系统543根据的工业控制计算机50确定的后续冶炼需要的吹氧量来控制吹氧操作。

该转炉炼钢终点控制的系统还可以包括气体分析控制系统56，用于检测炉气中各成分的浓度和炉气流量；包括：炉气浓度分析装置58、炉气流量检测计563、以及炉气分析控制器565，其中，炉气浓度分析装置58，用于检测炉气中各成分的浓度；炉气分析控制器565连接炉气浓度分析装置58、炉气流量检测计563、以及工业控制计算机50，用于将检测到的炉气中各成分的浓度和炉气流量传送给工业控制计算机50。其中，炉气浓度分析装置58可以包括：取样探头581，安装在一文前的转炉烟道转弯处，用于对炉气进行初步除尘；气体预处理装置583，用于对炉气进行预处理，包括对炉气进行除尘、除湿、稳压、稳流等预处理；质谱仪585，用于测定炉气中各成分的浓度，包括CO、CO₂、N₂、H₂、Ar、和O₂等气体的浓度。

氧枪系统543可以包括氧枪控制装置和氧枪，其中氧枪控制装置用于控制氧枪进行吹氧操作，并检测转炉吹氧量；加料系统545中还包括用于检测加料量的部件，转炉系统控制器541包括数据获取装置、数据收发装置、和控制装置，数据获取装置用于获取转炉吹氧量和加料量，数据收发装置用于将转炉吹氧量和加料量传送给工业控制计算机50，控制装置用于向氧枪控制装置和加料系统545发送控制指令。

工业控制计算机50还可以根据炉气的分析进行转炉冶炼过程控制，进行过程控制时，工业控制计算机50具体可以采用工业控制计算机60或工业控制计算机70的结构：

工业控制计算机60的结构如图6所示，工业控制计算机60中具有计算装置61和输出装置63，其中，计算装置61，根据炉气中各成分的浓度、炉气流量、和转炉吹氧量计算转炉脱碳氧效率和转炉脱碳氧效率变化率；输出装置63，用于根据转炉脱碳氧效率和转炉脱碳氧效率变化率输出喷溅预报信息或返干预报信息；转炉系统控制器541的数据收发装置中包含用于接收喷溅预报信息或返干预报信息的部件；转炉系统控制器541的控制装置中包含用于根据预报信息向氧枪控制装置下发吹氧控制指令的部件。

工业控制计算机70的结构情况如图7所示，工业控制计算机70中具有计算装置71和输出装置73，其中，计算装置71，用于根据炉气中各成分的浓度、炉气流量、转炉吹氧量、和加料量计算炉渣氧势；输出装置73，按照转炉吹氧量信息从炉渣氧势和总吹氧量数据关系图中查询炉渣氧势允许范围，并将通过查询得到的炉渣氧势允许范围与计算得出的炉渣氧势进行比较，根据比较结果输出喷溅预报信息或返干预报信息；另外该转炉炼钢终点控制的系统还包括炉气分析数据库系统90，连接工业控制计算机50，用于保存炉渣氧势和总吹氧量数据关系图；转炉系统控制器541的数据收发装置中包含用于接收喷溅预报信息或返干预报信息的部件；转炉系统控制器541的控制装置中包含用于根据喷溅预报信息或返干预报信息向氧枪控制装置下发吹氧控制指令的部件。

工业控制计算机50还可以包括实时计算装置和实时输出装置，其中，实时计算装置用于根据炉气中各成分的浓度、炉气流量、转炉吹氧量、和加料量，基于转炉物料平衡和热量平衡来计算熔池实时成分含量和熔池实时温度；实时输出装置用于实时输出熔池实时成分含量和熔池实时温度。

根据本发明的技术方案，计算得出熔池碳含量和熔池温度，而不是直接通过副枪探头直接测定冶炼后期的碳含量和熔池温度，避免使用造价高，过程消耗大的副枪设备，同时保证了冶炼终点的高命中率。而且根据炉气成分信息、炉气流量信息、以及转炉吹氧量信息计算转炉脱碳氧效率和转炉脱碳氧效率变化率或者炉渣氧势来预报喷溅、返干的异常炉况，实现了过程控制，提高了冶炼过程的稳定性，减少了冶炼过程中的不确定因素，也从另一方面提高了终点控制的控制精度。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种转炉炼钢终点控制的方法，其特征在于，包括：

脱碳氧效率值小于预定值时，计算熔池碳含量和熔池温度，将所述熔池碳含量和熔池温度与预先确定的熔池目标碳含量和熔池目标温度进行比较；

根据比较结果，计算后续冶炼需要的吹氧量以及冷却剂或增碳剂添加量；

按照所述后续冶炼需要的吹氧量以及冷却剂或增碳剂添加量，控制吹氧和加料操作；

重复计算熔池碳含量和熔池温度，重复计算得出的所述熔池碳含量和熔池温度与所述预先确定的熔池目标碳含量和熔池目标温度一致时，发出停止冶炼的指令。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脱碳氧效率值小于预定值包括：所述脱碳氧效率值小于最大脱碳氧效率值的0.94倍至0.97倍。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算熔池碳含量和熔池温度的步骤之前还包括：

根据目标钢种要求确定所述熔池目标碳含量和熔池目标温度；

根据目标钢种要求和原料成分及原料温度，确定初始冶炼方案，并执行所述初始冶炼方案。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述执行初始冶炼方案的步骤中，还包括：

根据实时监测的转炉中的炉气中各成分的浓度、炉气流量、转炉吹氧量、和加料量，基于转炉物料平衡和热量平衡来计算熔池实时成分含量和熔池实时温度并进行输出；

根据所述炉气中各成分的浓度、炉气流量、以及转炉吹氧量来计算脱碳氧效率值；

根据所述炉气中各成分的浓度、炉气流量、转炉吹氧量、以及加料量来计算炉渣氧势。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述执行初始冶炼方案的步骤中还包括：

根据所述脱碳氧效率值以及脱碳氧效率值的变化率，输出喷溅预报信息或返干预报信息；

根据所述喷溅预报信息或返干预报信息控制吹氧操作。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述执行初始冶炼方案的步骤中还包括：

按照所述转炉吹氧量从炉渣氧势和总吹氧量数据关系图中查询炉渣氧势允许范围，并将通过查询得到的所述炉渣氧势允许范围与计算得出的所述炉渣氧势进行比较，根据比较结果输出喷溅预报信息或返干预报信息；

根据所述喷溅预报信息或返干预报信息控制吹氧操作。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算熔池碳含量和熔池温度包括：

按照渣-金分配公式计算锰和磷在炉渣和熔池中的含量；

根据所述锰和磷在炉渣和熔池中的含量以及所述炉渣氧势计算铁氧化量；

根据所述锰和磷在炉渣和熔池中的含量、所述铁氧化量、以及所述熔池碳含量，计算所述熔池温度。

8.一种转炉炼钢终点控制的装置，其特征在于，包括：

计算模块，用于脱碳氧效率值小于预定值时，计算熔池碳含量和熔池温度，将所述熔池碳含量和熔池温度与预先确定的熔池目标碳含量和熔池目标温度进行比较；

修正模块，用于根据比较结果，计算后续冶炼需要的吹氧量以及冷却剂或增碳剂添加量，按照所述后续冶炼需要的吹氧量以及冷却剂或增碳剂添加量，控制吹氧和加料操作；

终点确认模块，用于重复计算熔池碳含量和熔池温度，所述熔池碳含量和熔池温度与所述预先确定的熔池目标碳含量和熔池目标温度一致时，发出停止冶炼的指令。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：

方案确定模块，用于根据目标钢种要求确定所述熔池目标碳含量和熔池目标温度，根据目标钢种要求、原料成分及原料温度确定初始冶炼方案；

方案执行模块，用于执行所述初始冶炼方案。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述方案执行模块包括：

实时计算模块，用于根据实时监测的转炉中的炉气中各成分的浓度、炉气流量、转炉吹氧量、和加料量，基于转炉物料平衡和热量平衡来计算熔池实时成分含量和熔池实时温度并进行输出；

脱碳氧效率计算模块，用于根据所述炉气中各成分的浓度、炉气流量、转炉吹氧量来计算脱碳氧效率值；

炉渣氧势计算模块，用于根据所述炉气中各成分的浓度、炉气流量、转炉吹氧量、以及加料量来计算炉渣氧势。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述脱碳氧效率计算模块还用于：

根据所述脱碳氧效率值以及脱碳氧效率值的变化率，输出喷溅预报信息或返干预报信息；

根据所述喷溅预报信息或返干预报信息控制吹氧操作。

12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述炉渣氧势计算模块还用于：

按照所述转炉吹氧量从炉渣氧势和总吹氧量数据关系图中查询炉渣氧势允许范围，并将通过查询得到的所述炉渣氧势允许范围与计算得出的所述炉渣氧势进行比较，根据比较结果输出喷溅预报信息或返干预报信息；

根据所述喷溅预报信息或返干预报信息控制吹氧操作。

13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括：

锰磷铁计算模块，用于按照渣-金分配公式计算锰和磷在炉渣和熔池中的含量，根据所述锰和磷在炉渣和熔池中的含量以及所述炉渣氧势计算铁氧化量；

所述计算模块还用于根据所述锰和磷在炉渣和熔池中的含量、所述铁氧化量、以及所述熔池碳含量，计算所述熔池温度。

14.一种转炉炼钢终点控制的系统，其特征在于，包括工业控制计算机和转炉控制系统，其中，

所述工业控制计算机，用于计算脱碳氧效率值，并在脱碳氧效率值小于预定值时计算熔池碳含量和熔池温度，将所述熔池碳含量和熔池温度与预先确定的熔池目标碳含量和熔池目标温度进行比较；根据比较结果，计算后续冶炼需要的吹氧量以及冷却剂或增碳剂添加量；重复计算熔池碳含量和熔池温度，当所述熔池碳含量和熔池温度与所述预先确定的熔池目标碳含量和熔池目标温度一致时，发出停止冶炼的指令；

所述转炉控制系统，包括转炉系统控制器、加料系统、和氧枪系统，其中所述转炉系统控制器连接所述工业控制计算机、所述加料系统、和所述氧枪系统，用于控制所述加料系统根据所述工业控制计算机确定的所述冷却剂或增碳剂添加量来添加冷却剂或增碳剂，控制所述氧枪系统根据的所述工业控制计算机确定的所述后续冶炼需要的吹氧量来控制吹氧操作。

15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，还包括气体分析控制系统，用于检测炉气中各成分的浓度和炉气流量；

所述气体分析控制系统包括：炉气浓度分析装置、炉气流量检测计、以及炉气分析控制器，其中，

所述炉气浓度分析装置，用于检测炉气中各成分的浓度；

所述炉气分析控制器连接所述炉气浓度分析装置、所述炉气流量检测计、以及所述工业控制计算机，用于将检测到的所述炉气中各成分的浓度和所述炉气流量传送给所述工业控制计算机。

16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述炉气浓度分析装置包括：

取样探头，安装在一文前的转炉烟道转弯处，用于对炉气进行初步除尘；

气体预处理装置，用于对炉气进行预处理；

质谱仪，用于测定炉气中各成分的浓度。

17.根据权利要求15或16所述的系统，其特征在于，

所述氧枪系统包括氧枪控制装置和氧枪，其中所述氧枪控制装置用于控制所述氧枪进行吹氧操作，并检测转炉吹氧量；

所述加料系统中还包括用于检测加料量的部件；

所述转炉系统控制器包括数据获取装置、数据收发装置、和控制装置，所述数据获取装置用于获取所述转炉吹氧量和所述加料量，所述数据收发装置用于将所述转炉吹氧量和所述加料量传送给所述工业控制计算机，所述控制装置用于向所述氧枪控制装置和所述加料系统发送控制指令。

18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述工业控制计算机中具有计算装置和输出装置，其中，

所述计算装置，用于根据所述炉气中各成分的浓度、所述炉气流量、和所述转炉吹氧量计算转炉脱碳氧效率和转炉脱碳氧效率变化率；

所述输出装置，用于根据所述转炉脱碳氧效率和转炉脱碳氧效率变化率输出喷溅预报信息或返干预报信息；

所述转炉系统控制器的数据收发装置中包含用于接收所述喷溅预报信息或返干预报信息的部件；

所述转炉系统控制器的控制装置中包含用于根据所述喷溅预报信息或返干预报信息向所述氧枪控制装置下发吹氧控制指令的部件。

19.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述系统还包括炉气分析数据库系统，连接所述工业控制计算机，用于保存炉渣氧势和总吹氧量数据关系图；

所述工业控制计算机中具有计算装置和输出装置，其中，

所述计算装置，用于根据所述炉气中各成分的浓度、所述炉气流量、所述转炉吹氧量、和所述加料量计算炉渣氧势；

所述输出装置，用于按照所述转炉吹氧量信息从所述炉渣氧势和总吹氧量数据关系图中查询炉渣氧势允许范围，并将通过查询得到的所述炉渣氧势允许范围与计算得出的所述炉渣氧势进行比较，根据比较结果输出喷溅预报信息或返干预报信息；

所述转炉系统控制器的数据收发装置中包含用于接收所述喷溅预报信息或返干预报信息的部件；

所述转炉系统控制器的控制装置中包含用于根据所述喷溅预报信息或返干预报信息向氧枪控制装置下发吹氧控制指令的部件。

20.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述工业控制计算机还包括实时计算装置和实时输出装置，其中，

所述实时计算装置用于根据所述炉气中各成分的浓度、所述炉气流量、所述转炉吹氧量、和所述加料量，基于转炉物料平衡和热量平衡来计算熔池实时成分含量和熔池实时温度；

所述实时输出装置用于实时输出所述熔池实时成分含量和熔池实时温度。

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